CN110422134B - 一种轻型货车隔板装置及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型货车隔板装置和基于有限元技术的设计方法。隔板装置由隔板总成和“几”字形加强横梁组成，经过优化后的隔板装置，其结构简单，安全性能好、质量轻、成本低。隔板总成和横梁均分为两部分，更利于冲压成形，制造工艺性好，隔板两侧采用铆钉连接，坚固耐用。该方法在满足性能要求的前提下，对隔板的材料、厚度、加强筋的形状和位置、紧固件的直径、紧固件的数量等参数进行优化，直至零件总重量最小、控制零件总成本小于等于目标成本。本发明减小了设计风险，提高了产品质量，降低了试验次数和试验成本，同时实现性能最大化、设计轻量化、成本最优化。

Description

一种轻型货车隔板装置及其设计方法

技术领域：

本发明属于车辆部件辅助设计领域，特别涉及一种轻型货车隔板装置和设计方法。

背景技术：

目前普通的厢式货车，尤其是轻便型的厢式货车，驾驶室和后货仓是连通的一体结构，为了保证驾驶员和货物的安全，越来越多的消费者要求驾驶区和货物区之间设置隔板，目前很多的隔板就是平板结构，而且绝大多数是后期改装的，简单来讲就是把一块薄钢板焊接在车厢和驾驶舱之间的适当位置，但是这种后期改装存在较多问题，例如隔板刚性不足，在行驶过程中可能出现明显的抖动、异响、车内轰鸣声。同时，在车辆急转弯、紧急制动、碰撞、翻越障碍物等工况下，焊接不牢固或者挡板形状不契合，货物可能会越入驾驶区并对驾驶员及乘员造成伤害。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种轻型货车隔板装置，从而克服上述现有技术中的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种轻型货车隔板装置，由隔板总成和截面呈几字形的加强横梁组成，隔板总成的上下两端分别与车身的上下横梁固连，隔板总成的左右两端分别与车身的B柱固定连接；加强横梁水平架设在隔板总成的中部，加强横梁(2)与隔板总成(1)采用点焊连接。

优选地，上述技术方案中，隔板总成由上连接板和下主隔板点焊而成，下主隔板的下部设有竖直加强筋，下主隔板上部的设有水平加强筋和对称分布在水平加强筋两侧的交叉的加强筋。

优选地，上述技术方案中，几字形横梁由横梁和两个端部支架组成，横梁上设有腰形带翻边的减重孔。

优选地，上述技术方案中，下主隔板下部设有7条竖直的加强筋，下主隔板9上部设有两条水平的加强筋，下主隔板上部的两侧设有交叉的加强筋。

优选地，上述技术方案中，横梁上设有11个腰形带翻边的减重孔。

优选地，上述技术方案中，下主隔板的左右端设有固定孔，上连接板的上端和下主隔板的下端分别设有固定孔，下主隔板的左右端通过铆钉将固定孔和车身左右B柱相连接，上连接板的上端和下主隔板的下端分别通过螺栓将固定孔和车身的上、下横梁连接。

优选地，上述技术方案中，下主隔板上留有2个安装上车扶手的安装孔。

一种轻型货车隔板设计方法，按照如下步骤进行：

S1、截取车辆车身结构的前端部分，按设计状态建立车身及隔板总成的有限元模型，设定基本网格尺寸，建立材料、属性及连接；

S2、设置边界条件进行约束模态分析，求解器采用NASTRAN软件，采用Lanczos方法利用三项递推关系产生一组正交规范的特征向量，同时将模型的刚度矩阵约化成三对角矩阵，将问题转化为三对角阵的方法求解前3阶模态频率值及模态振型；

S3、设置边界条件进行安全性分析，求解器采用LS-DYNA软件，输出位移云图、应变云图、Beam单元的剪切力Fs和拉伸力Fa；

S4、通过评价第一阶模态频率值、碰撞头X方向最大位移、螺栓和铆钉的等效合力来评价性能是否满足要求；

S5、对敏感参数进行优化，重复步骤一到步骤四，直至零件总重量最小、控制零件总成本小于等于目标成本。

优选地，上述技术方案中，步骤S1中，材料参数中设置应变率考虑拉伸速率对隔板安全性能的影响；材料参数中采用应变失效方式考虑钣金的失效；

步骤S3中，隔板安全性计算中隔板的考核区域为Z向车身底板往上100mm到座椅头枕最上方往上200mm，Y向覆盖隔板区域；

隔板安全性计算中撞击头为圆柱头，其直径为80mm，质量为6.0kg，撞击速度为65km/h，撞击方向为车辆的-X向；

隔板安全性计算中至少选取5个点进行计算，分别位于隔板的考核区域的左右端，上下端和中间位置；

螺栓的铆钉或螺栓采用Beam单元连接，输出Beam单元的轴向力和剪切力，并按相关公式计算其强度是否满足要求。

步骤S4中，评价结果满足以下条件，隔板的第一阶模态频率值≥35Hz；碰撞过程中隔板X向最大变形量≤220mm；紧固件等效合力小于等于螺栓和铆钉的最小拉伸载荷；

步骤S5中，隔板装置敏感参数为钣金的厚度、钣金的材料、隔板加强筋的形状、“几”字横梁的端面形状和数量、螺栓数量、铆钉数量。

优选地，上述技术方案中，步骤S3中，计算公式如下：

式中：Fa螺栓或铆钉的轴向力；Fs：螺栓或铆钉的剪切力，F_min：螺栓或铆钉的最小拉伸载荷；Fa是一个大于零的数值，如果Fa为负值，那么计算时：Fa取值为0。

由于采取上述方案，本发明的有益效果为：

1.本发明提出了一种轻型货车隔板装置，优化了横梁的结构以及加强筋的形状，其结构简单，提高了隔板的模态性能，安全性能好、质量轻、成本低。隔板总成和横梁分为两部分，更利于冲压成形，制造工艺性好。隔板两侧采用铆钉连接，不易脱落，坚固耐用。

2.本发明提出一种轻型货车隔板设计方法，通过对隔板的敏感参数进行优化，大大减小了设计风险，提高了产品性能和质量，降低了试验次数和试验成本，同时实现性能最大化、设计轻量化、成本最优化。

附图说明：

图1一种轻型货车隔板装置的结构示意图；

图2一种轻型货车隔板装置中横梁的结构示意图；

图3一种轻型货车隔板装置中隔板总成结构示意图；

图4一种轻型货车隔板装置设计方法材料DC03在不同应变率下的应力应变曲线；

图5一种轻型货车隔板装置设计方法隔板装置位移云图；

图6一种轻型货车隔板装置设计方法隔板装置应变云图

图7一种轻型货车隔板装置设计方法螺栓或铆钉的轴向力和剪切力

图8一种轻型货车隔板装置设计方法隔板安全性考核区域；

图9一种轻型货车隔板装置设计方法碰撞圆柱头尺寸；

图10一种轻型货车隔板装置设计方法安全性计算边界条件设置。

具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，本发明的一个实施例是一种轻型货车隔板装置，由隔板总成1和“几”字形加强横梁2组成，隔板的左右端设有固定孔3，上下端设有固定孔4，隔板左右端固定孔3和白车身左右B柱相连接，隔板上下端固定孔4和白车身上下横梁连接；隔板左右端通过铆钉和白车身左右B柱连接，上下端通过螺栓和白车身上下横梁连接。

如图2所示，“几”字形横梁2由横梁5和两个端部支架6组成，横梁5上设有11个腰形带翻边的减重孔7；

如图3所示，隔板总成1由上连接板8和下主隔板9点焊而成，下主隔板下部设有7条竖直的加强筋10，下主隔板9上部设有两条水平的加强筋11，下主隔板上部的两侧设有交叉的加强筋12，隔板总成1上留有2个安装上车扶手的安装孔13。

一种轻型货车隔板设计方法，具体步骤如下：

步骤一、截取车辆车身结构的前端部分，按设计状态建立白车身及隔板总成的有限元模型，基本网格尺寸为10mm，建立材料、属性及连接；

如图4所示，模型中材料DC03采用24号弹塑性材料模拟，考虑了材料应变速率对隔板安全性能的影响；

材料DC03定义应变失效，失效应变值设置为0.9倍的材料断后伸长率，当模型中DC03的材料超过设定值时，失效的单元在模型中被删除；

步骤二、约束白车身的截断断面位置123456自由度，求解器采用NASTRAN，采用Lanczos方法求解前3阶模态频率值及模态振型；

步骤三、设置边界条件进行安全性分析，求解器采用LS-DYNA，输出位移云图(图5)、应变云图(图6)、Beam单元的剪切力Fs和拉伸力Fa(图7)；

如图8所示阴影部分，隔板的考核区域为Z向车身底板往上100mm到座椅头枕最上方往上200mm，Y向覆盖隔板区域；

如图9所示，隔板装置的撞击头为圆柱头，其直径为80mm，端部倒角尺寸为R60mm，长度为365mm，质量为6.0kg；

如图10所示，碰撞圆柱头初始速度为65km/h，碰撞方向为车辆的-X方向；

如图8所示，分别对5个点进行安全性计算，其位置分别位于隔板考核区域的上下端，左右端及中间位置，工程师判断为薄弱的位置处也列在考核中；

连接的铆钉和螺栓采用Beam单元连接，输出Beam单元的轴向力和剪切力；

步骤四、通过评价第一阶模态频率值、碰撞头X方向最大位移、螺栓和铆钉的等效合力来评价性能是否满足要求；

评价结果满足以下条件，隔板的第一阶模态频率值≥35Hz；碰撞后隔板的最大位移≤220mm；紧固件等效合力小于等于螺栓和铆钉的最小拉伸载荷，计算公式如下：

式中：Fa：螺栓或铆钉的轴向力；Fs：螺栓或铆钉的剪切力；F_min：螺栓或铆钉的最小拉伸载荷；Fa是一个大于零的数值，如果Fa为负值，那么计算时Fa取值为0。

步骤五、对隔板的材料、厚度、加强筋的形状和位置、紧固件的直径、紧固件的数量等敏感参数进行优化，重复步骤一到步骤四，直至零件总重量最小、控制零件总成本小于等于目标成本。

上述实施例描述可便于该技术领域的技术人员理解和应用本发明，熟悉本领域的技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，针对本发明所做的任何修改、替换、改进等均应在本发明的保护范围之内。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种轻型货车隔板设计方法，其特征在于：轻型货车隔板装置由隔板总成（1）和截面呈几字形的加强横梁（2）组成，隔板总成（1）的上下两端分别与车身的上下横梁固连，所述隔板总成（1）的左右两端分别与车身的B柱固定连接；加强横梁（2）水平架设在隔板总成（1）的中部,加强横梁（2）的与隔板总成（1）采用点焊连接；隔板设计方法按照如下步骤进行：

S1、截取车辆车身结构的前端部分，按设计状态建立车身及隔板总成的有限元模型，设定基本网格尺寸，建立材料、属性及连接；

S2、设置边界条件进行约束模态分析，求解器采用NASTRAN软件，采用Lanczos方法利用三项递推关系产生一组正交规范的特征向量，同时将模型的刚度矩阵约化成三对角矩阵，将问题转化为三对角阵的方法求解前3阶模态频率值及模态振型；

S3、设置边界条件进行安全性分析，求解器采用LS-DYNA，输出位移云图、应变云图、Beam单元的剪切力Fs和拉伸力Fa；连接的铆钉和螺栓采用Beam单元连接，输出Beam单元的轴向力和剪切力，并按相关公式计算其强度是否满足要求；

S4、通过评价第一阶模态频率值、碰撞头X方向最大位移、螺栓和铆钉的等效合力来评价性能是否满足要求；步骤S4中，评价结果满足以下条件，隔板的第一阶模态频率值≥35Hz；碰撞后隔板的最大位移≤220mm；紧固件等效合力小于等于螺栓和铆钉的最小拉伸载荷；计算公式如下：，式中：螺栓或铆钉的轴向力；：螺栓或铆钉的剪切力，：螺栓或铆钉的最小拉伸载荷；是一个大于零的数值，如果为负值，那么计算时：取值为0；

S5、对敏感参数进行优化，重复步骤一到步骤四，直至零件总重量最小、控制零件总成本小于等于目标成本。

2.根据权利要求1所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：步骤S1中，材料参数中设置应变率考虑拉伸速率对隔板安全性能的影响；材料参数中采用应变失效方式考虑隔板的失效；

步骤S3中，隔板安全性计算中隔板的考核区域为Z向车身底板往上100mm到座椅头枕最上方往上200mm，Y向覆盖隔板区域；

隔板安全性计算中撞击头为圆柱头，其直径为80mm，质量为6.0kg，撞击初始速度为65km/h，撞击方向为车辆的-X向；

隔板安全性计算中至少选择5个点进行计算，分别位于隔板的考核区域的左右端，上下端和中间位置；

步骤S5中，隔板装置敏感参数为隔板的厚度、隔板的材料、隔板加强筋的形状、“几”字横梁的端面形状和数量、螺栓数量、铆钉数量。

3.根据权利要求1所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：隔板总成（1）由上连接板（8）和下主隔板（9）点焊而成，下主隔板（9）的下部设有竖直加强筋（10），下主隔板（9）上部的设有水平加强筋（11）和对称分布在水平加强筋（11）两侧的交叉的加强筋（12）。

4.根据权利要求1所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：加强横梁（2）由横梁（5）和两个端部支架（6）组成，横梁（5）上设有腰形带翻边的减重孔（7）。

5.根据权利要求3所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：下主隔板(9)下部设有7条竖直的加强筋（10），下主隔板(9)上部设有两条水平的加强筋（11），下主隔板（9）上部的两侧设有交叉的加强筋（12）。

6.根据权利要求4所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：横梁（5）上设有11个腰形带翻边的减重孔（7）。

7.根据权利要求3所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：下主隔板（9）的左右端设有固定孔，上连接板（8）的上端和下主隔板（9）的下端分别设有固定孔，下主隔板（9）的左右端通过铆钉将固定孔和车身左右B柱相连接，上连接板（8）的上端、下主隔板（9）下端通过螺栓将固定孔和车身的上、下横梁连接。

8.根据权利要求3或7所述的轻型货车隔板设计方法，其特征在于：下主隔板（9）上留有2个安装上车扶手的安装孔（13）。